Studiul proiectarii unei instalatii eoliene de putere mica Capitolul 1

Evolutia turbinelor eoliene in timp

Denumirea de turbina se utilizeaza pentru orice dispozitiv dotat cu pale care transforma energia cinetica a unui fluid in lucru mecanic. Daca este utilizata energia cinetica a vantului pentru obtinerea de lucru mecanic atunci, turbina capata denumirea de turbina eoliana sau de vant. Cel mai raspandit tip de turbina eoliana este cea dotata cu pale. Desi caracterul neconstant al vintului implica timp scurt de folosire a turbinelor eoliene, totusi, timp de milenii vintul a fost intens folosit de oameni. In urma cu aproximativ 4000 de ani, oamenii au inceput sa foloseasca energia vintului constuind pompe eoliene folosite la extragerea apei pentru irigatii, in scopul usurarii efortului propriu. Aceste pompe eoliene au fost denumite generic mori de vint. Primele mori de vint, de la care au ramas doar zidurile, se presupune ca au fost construite in Alexandria, pe malul Mediteranei, in urma cu 3000 de ani. Se presupune ca au existat si constructii mai vechi (in Persia, de exemplu) , dar datorita utilizarii lemnului ca material de constructie, nu au rezistat trecerii timpului. Se pare ca aceste mori aveau intre 6 si 8 pale dreptunghiulare, acoperite cu pinza, avind o turatie la axul elicii de aproximativ 20 rot/min,iar axul elicei nu se putea roti dupa vint si nici nu era nevoie deoarece vintul avea o directie constanta. In insulele Mallorca, pentru a capta vintul ce avea diferite directii, se instalau serii de mori, fiecare avind axul dirijat intr-o alta directie, asigurindu-se astfel un randament mai uniform. In 115 Heron a construit o orga pusa in miscare de o pompa avind aerul furnizat de o elice cu un numar foarte mare de pale, asemanatoare turbinelor americane care se pun in miscare la cea mai usoara adiere de vint, dar avind un numar scazut de rotatii. Citeva secole mai tirziu apar primele roti de vint chinezesti. Chinezii foloseau turbine eoliene cu pinze de catarg pentru pomparea apei de mare in vederea obtinerii sarii. Pentru prima data apare la ei o turbina eoliana cu ax vertical, independenta de directia vintului, dar din pacate, avea randament mic. In Europa centrala medievala, au existat doua tipuri de mori de vint: moara germana, aparuta la inceputul sec. al XIV lea, prevazuta cu o elice cu 6 pale dreptunghiulare drepte, acoperite cu pinza de catarg si moara olandeza, care a fost considerata superioara celei germane din punct de vedere al performantei. Imbunatatirea ei era o necesitate stringenta datorata problemei desecarilor din Olanda. Ecuatia lui Bernoulli a explicat multe procese din functionarea morilor de vint. In 1792 scotianul Meikle a inlocuit pinzele morii de vint olandeze cu jaluzele care se deschideau singure cind vintul era mai puternic si se inchideau la loc cind vintul slabea. Necesitatea ridicarii randamentului a condus la profilarea si rasucirea palelor, calculele exacte fiind furnizate de Bernoulli, Smeaton si Euler.

Moara de vint a preocupat mult oamenii din renastere si din perioada urmatoare, eliberarea elicei eoliene de directia vintului fiind unul din punctele esentiale ale studiilor si incercarilor lor. Leonardo da Vinci a desenat primul anemometru (aparat pentru masurarea vitezei vintului). De la el au ramas tablouri corecte de curgeri turbulente Ca aeromotor, elicea eoliana a fost folosita pentru scopuri foarte variate: la mori de vint, la pompe, la mecanizarea rugaciunii (in Tibet, Mongolia si China), la protectia plantelor impotriva maimutelor si pisicilor salbatice producind zgomote care sperie (in Sumatra) sau ca aerogenerator trasformind energia eoliana in energie electrica. La sfirsitul secolului al XIX lea, au aparut, in Statele Unite ale Americii si in Europa, primele turbine eoliene generatoare de electricitate. Secolul al XIX lea s-a caracterizat aproape exclusiv prin imbunatatirea formei palelor, rasucirea fiind deja bine inteleasa. Francezul Duvand a incercat sa rezolve problema curburii folosind pinze de forma aripilor de pasare. Tot el a avut ideea sa proiecteze pale care se roteau in jurul axei palei creind, astfel, premisele turbinei moderne. Desi aparitia masinii cu abur a revolutionat tehnica, roata de vint a continuat sa fie folosita si perfectionata. In 1890, danezul La Cour a abtinut, prin lucrarile sale in suflerii, valori constructive precise: inclinarea axei elicei trebuie sa fie de aproximativ 10o, suprafata totala a palelor sa nu depaseasca o treime din suprafata discului elicei.El recomanda 4 pale a caror latime sa fie 1/4 - 1/5 din lungimea palei. Profilul poligonal al palei trebuie sa aiba sageata maxima la distanta 1/4 1/6 din coarda fata de bordul de atac si ea trebuie sa fie doar de 3 4 % din coarda. Inclinarea palei fata de planul rotii era de 10o la virf, de 15o la 2/3 din raza, de 20o la 1/3 din raza si de 25o la butuc. Butucul elicei trebuia sa aiba o raza corespunzind unui sfert din lungimea palei. O astfel de elice se misca deja la o viteza a vintului de 1,8 m/s si functiona la randament maxim de la 3 000 la 5 000 de ore pe an. Dupa cel de-al doilea razboi mondial a crescut interesul fata de turbinele eoliene infiintindu-se institute specializate pentru cercetari in domeniul energiei eoliene si dispunind de diferite tipuri de turbine eoline folosite pentru cercetare. S-au construit astfel multe alte turbine pentru scopuri practice. Mentionam, astfel, institutul de la Weimar, din Germania, infiintat in 1930, unde s-au realizat turbine cu un randament de 47% incluzind pierderile de energie ale pompelor de apa. Din 1975 exista la Stuttgart un institut de cercetari pentru tehnica energiei eoliene. Tot in Germania, in 1955 s-a construit o turbina eoliana de 100 kW instalata pe un turn de 22 m inaltime, iar Hter a avut contributii importante privind analiza,proiectarea, constructia, incercarea, operarea si economia turbinelor eoliene. El a fost primul care a folosit materiale compozite la confectionarea palelor. In ultimii 30-40 ani au inceput sa apara turbine eoliene de mare putere ca de exemplu cea de la Analborg (Danemarca) cu diametrul de 17,5 m, 100 rot/min si putere de 60 kW la o viteza a vintului de 11,6 m/s. La virful palelor viteza aerului este de 325 km/h, de aceea palele trebuie proiectate cu aceeasi grija ca aripile avioanelor ca pe ele sa nu se formeze virtejuri. Viteza unghiulara mare conduce la pale foarte inguste; in plus acesta turbina functioneaza la vinturi foarte puternice. O alta turbina eoliana de 200 kW si cu diametrul de 24 m a fost instalata la in Danemarca in1957, la Gedser, iar in 1977 o alta a fost instalata la Trind-Skolerne avind o putere de 2 MW. Sunt doua motive principale pentru aceasta atentie tot mai mare data energiei eoliene. Primul ar fi ca majoritatea formelor de energie generate astazi folosesc ca materie prima carbunele, petrolul sau gazul. Acestea elibereaza cantitati uriase de dioxid de carbon in atmosfera, ceea ce duce la accentuarea efectului de sera si implicit la o incalzire a atmosferei Pamintului. Al doilea motiv ar fi ca multe din descoperirile din domeniul energiei vintului,

precum si al tehnologiei de fabricatie a elicelor eoliene au permis aducerea costului energiei eoliene la un punct care o face competitiva cu celelalte surse de energie. Marele potential al turbinelor eoliene este dat de faptul ca puterea generata de o elice eoliana creste rapid o data cu cresterea vintului: o dublare a vitezei vintului genereaza o crestere de aproape opt ori a puterii. De asemenea, lungimea palei elicei este importanta: o dublare a diametrului elicei genereaza o crestere de patru ori a puterii. Elicea trebuie sa fie rezistenta, usoara si durabila. O data cu noile descoperiri asupra fibrei de sticla si a fibrei de carbon, a fost posibila crearea unor pale de elice foarte usoare avind intre 20 30 m lungime. Aceste tipuri de pale pot functiona multi ani in conditii dintre cele mai vitrege in unele zone din lume cu vinturi foarte puternice. Indelungata utilizare a elicelor eoliene a avut drept rezultat o mare varietate de forme contructive ale lor. Astfel, elicele eoliene au forme diferite dupa cum sunt montate (in avalul sau in amontele instalatiei) , dupa viteza specifica (lente sau rapide) , dupa numarul de pale, dupa puterea produsa, dupa soliditate etc. Axa elicelor eoliene este paralela cu directia vintului, elicea putind fi montata in amontele sau in avalul instalatiei eoliene. Configuratia cu elicea in aval se utilizeaza de obicei pentru puteri mai mari de 100 kW. Exista instalatii cu mai multe elice montate pe acelasi suport; fie pe axe diferite, fie pe acelasi ax si cu sensuri de rotatie diferite. Acest ultim sistem, utilizat in instalatia Noah, permite sa se obtina o viteza de rotatie relativa a rotorului generatorului (solidar cu o elice) fata de stator (solidar cu cealalta elice) de doua ori mai mare decit viteza de rotatie a elicelor, suprimindu-se, astfel, multiplicatorul de turatie. In momentul de fata se folosesc doua tipuri de elici eoliene: cu axa verticala si cu axa orizontala. Elicile cu axa verticala sunt, la rindul lor, de doua tipuri: pe baza de rezistenta la inaintare si pe baza de portanta. Cele pe baza de rezistenta la inaintare lucreaza pe principiul paletei folosite la propulsia hidrobicicletelor (daca paleta folosita la propulsie nu are alunecari, atunci viteza maxima a hidrobicicletei va fi aceeasi cu viteza de pedalare). Cele mai frecvente elici cu axa verticala sunt anemometrele.

Un exemplu de elice cu axa verticala pe baza de portanta este batatorul de oua Darrieus din Franta (patentata pentru prima oara in 1927). Pe fiecare pala se atinge portanta maxima doar de doua ori la o revolutie ceea ce genereaza un cuplu (si o putere) mare de tip sinusoidal (lucru ce nu se intilneste in cazul unei elici cu ax orizontal). Unul din dezavantajele unei astfel de turbine este ca palele sale au un numar de frecvente care trebuie sarite. Marele avantaj al acestui tip de turbina este ca poate functiona indiferent de directia vintului. Celelalte tipuri de turbine eoliene sunt dotate cu cite un creier electronic propriu, care ia toate deciziile: cupleaza generatorul cind viteza vintului este optima sau il decupleaza cind viteza devine prea mare sau cind apare o problema. Cele mai multe turbine eoliene se orienteaza dupa directia vintului. Elicile cu ax vertical sunt greu de montat pe turnurile inalte pentru a prinde vinturile de la inatimi mari si sunt fortate sa accepte vinturile joase, mai turbulente, care produc mai putina energie si sunt mai periculoase. De aceea, elicile cu axa verticala nu au avut succes pe piata comerciala a turbinelor eoliene. Cea mai raspindita, precum si cea mai performanta din punct de vedere al generarii de electricitate, ramine elicea eoliana cu ax orizontal.

Pe scurt, principiul de functionare al acestui tip de elice este urmatorul: vintul ataca pala elicei, care este profilata aerodinamic, creind pe extradosul profilului portanta. Fortele de portanta si rezistenta la inaintare se reduc la axul elicei, formind forta de tractiun esi cuplu la ax. Un prim obiectiv in proiectarea palelor este acela de a avea finete maxima la Cz mare. Finetea poate varia in lungul palei pentru a optimiza energia generata de turbina la diferite viteze ale vintului. Caracteristicile functionale ale unei turbine eoliene se exprima, de obicei, in functie de raportul dintre viteza la virful palei si viteza vintului (TSR- tip speed ratio), cunoscut in lucrarile de specialitate ca viteza specifica, fiind adimensionala, si de parametrul de soliditate definit ca raportul dintre aria totala a palelor si aria discului elicei. In cazul anemo- metrelor valoarea vitezei specifice va fi subunitara. In functie de viteza specifica, in practica se va adopta urmatorul numar de pale: 8 24 pale pentru TSR=1; 6 12 pale pentru TSR=2; 3 6 pale pentru TSR=3; 2 4 pale pentru TSR=4; 2 3 pale pentru TSR5.

Teoria elicelor eoliene se poate obtine din cea a elicelor propulsive, tinind insa seama de deosebirea dintre miscarea aerului din jurul elicei. Astfel, in cazul elicei propulsive sursa motoare (motorul) creaza moment necesar mentinerii unei anumite turatii, curentul din jurul elicei este generat de deplasarea avionului in mediul imobil si forta de tractiune care se obtine prin compunerea, pe directia de deplasare a avionului, a portantei si a rezistentei la inaintare este o forta (avind acelasi sens cu viteza de inaintare) produsa prin reactiunea fluidului asupra palelor in rotatie. In schimb, la elicea eoliana aerul se misca (vintul) in jurul elicei fixe, fortele care apar fiind rezultatul actiunii directe a fluidului asupra palelor.

1.2. Tendinte actuale in proiectarea palelor pentru turbine eoliene de putere mica

Ca in orice proces de proiectare si la turbinele eoliene exista anumite criterii de design care trebuie luate in considerare. Printre acestea, cele mai importante sunt: alegerea numarului de pale, alegerea profilului, alegerea corzii si a rotatiei palei, alegerea materialului. Deciziile finale dupa anumite criterii se fac deasemenea in oridinea prioritatilor survenite din caietul de sarcini emis pentru proiectarea unei turbine eoliene. . De exemplu, profilele subtiri sunt dorite datorita raportului Cz/Cx mare si a comportarii lor bune in conditii dure; pe cind profilele mai groase sacrifica unele calitati pentru a obtine o rigiditate mai buna a palei, conditie ceruta pentru turbinele de mari dimensiuni. Unele

proiecte pentru pale rezultate din cresterea dimensiunilor elicelor include o scadere a rezistentei palelor impreuna cu o crestere a grosimii profilelor si a coeficientului de portanta, precum si o crestere majora a vitezei la virf. Bazata pe aceste criterii, configuratia de baza, in ultimii ani, pentru acest tip de turbine a fost: elice in vint cu trei sau mai multe pale profilate aerodinamic similare elicei de avion.

1.2.1.Consideratii Aerodinamice

Profilele aerodinamice

Profilele aerodinamice au constituit unul din aspectele cele mai controversate din proiectarea unei pale pentru o turbina eoliana. Caracteristicile de performanta, precum si grosimile profilelor pentru aviatie nu sunt intotdeauna potrivite in cazul turbinelor eoliene. Profilele create pentru numere Reynolds mari prezinta separatii laminare cind sunt folosite pentru turbine eoliene cu un numar Reynolds mult mai mic. Apar bule de separare care pot duce la variatii mari ale performantelor aerodinamice. Nu trebuie neglijata grosimea de la baza palei, care trebuie sa respecte cerintele structurale, sa aiba o buna rezistenta la in covoiere pentru a nu lovi turnul si pentru a suporta momentele de incovoiere de la baza palei. Proiectele recente de familii de profile pentru turbinele eoliene prezinta curgeri turbulente pe intreg extradosul profilului cu doar putin inainte de portanta maxima. In anii 80, frecventa depasire a puterii maxime a unor turbine fixe a dus la incarcarea excesiva a transmisiei, putind duce chiar la distrugerea generatorului. O rezolvare constructiva a acestei probleme a dus la introducerea profilelor cu un Cz redus catre virful palei pentru un control pasiv al puterii maxime generate, reusindu-se chiar o imbunatatire a performantelor palelor. Pentru turbinele foarte mari, greutatea si costul palelor creste mult mai mult decit energia generata. Bazindu-ne pe acest considerent, turbinele de mari dimensiuni au nevoie de profile cu grosimi mari si Cz mare pentru a minimiza greutatea si costul palelor. Profilele pentru turbinele de mici dimensiuni trebuie proiectate pentru numere Reynolds reduse pentru a evita separatia laminara ce poate duce la rezistenta la inaintare mare, Cz variabil si, nu in ultimul rind, zgomot.

Geometria palelor

Criteriul cel mai utilizat in prezent pentru optimizarea palelor este cel al costului minim al energiei, mai degraba decit cel al productiei maxime de energie anuala. Pentru a se face optimizari raportate la costul minim al energiei, este nevoie de o metoda multi-disciplinara care sa includa un model aerodinamic si structural pentru pale cu modele de costuri atit pentru pale cit si pentru toate componentele principale ale turbinei. Procesul de proiectare al palelor devine astfel strins legat de tipul turbinei si de locul de amplasare al acesteia. Diferitele modele aerodinamice folosite in determinarea geometriei palei nu ofera o solutie clara pentru geometria virfului palei. Experimental s-a constatat ca o rotunjire a coltului bordului de atac duce la o imbunatatire a performantei (virf tras). Alte tipuri de virfuri (virf tip spada) sunt folosite pentru reducerea zgomotului in ciuda unor reduceri ale performantei.

Numarul palelor

In cazul turbinelor de mica putere, ca si pentru cele de mare putere, varianta elicei in vant cu trei pale este cea mai des utilizata. . Cu toate ca varianta elicei in vint a fost aleasa in special din cosiderente de simplitate, in urma incercarilor a rezultat si o rezistenta mai mare la oboseala a palelor decat in cazul celorlalte configuratii posibile luand in calcul bineanteles si costurile necesare producerii ei. Eficienta aerodinamica creste o data cu numarul de pale. Astfel, marind numarul de la 1 la 2 pale, rezulta o crestere a eficientei cu 6%, in timp ce o crestere a numarului de la 2 la 3 pale duce la o crestere a eficientei cu doar 3%. Crescind in continuare numarul de pale s-a costatat ca se sacrifica mult din rezistenta palei pentru o crestere nesemnificativa a eficientei aerodinamice. Zgomotul elicei, desi in cazul turbinelor eoliene de mica putere nu este un factor determinant in procesul de proiectare, precum si cosiderentele de ordin estetic, sunt in favoarea elicii cu trei pale ce are doua mari avantaje fata de cea cu mai putine pale. Pentru un diametru si parametru de soliditate date, varianta cu trei pale va suporta doar doua treimi din incarcarea unei elici cu doua pale si doar o treime din incarcarea unei elici cu o pala. De aici rezulta ca zgomotul generat de elicea cu trei pale datorita incastrarii va fi mai mic indiferent daca este vorba de constructie in vint sau invers. Pentru a compensa eficienta aerodinamica scazuta, elicele cu una sau doua pale tind sa aiba o viteza la virf mult mai mare decit o elice cu trei pale, pentru un diametru sau o putere a turbinei data. Din punct de vedere estetic, favorita este tot o elicea cu trei pale datorita impresiei de miscare continua pe care o lasa in timpul functionarii; rotatia elicei cu doua pale fiind perceputa ca o miscare

intermitenta. Un alt motiv ce vine in sprijinul variantei cu trei pale este obtinerea unei turbine mult mai bine echilibrata dinamic. Ca rezultat al unghiului de 120o dintre pale dinamica elicei este mai buna decit in cazul unghiurilor de 180o sau 360o.

1.2.2.Consideratii privind structura palelor

Multe turbine de mici dimensiuni folosesc pale solide produse din lemn, fie dintr-o singura bucata,fie laminate, pentru a evita deformatiile de-a lungul timpului. Alte metode folosesc materiale compozite ranforsate cu fibra de sticla. Un exemplu este cel al palelor stratificate care imbraca o tabla profilata sau un profil multi-camera. O metoda mai moderna pentru fabricarea palelor de mici dimensiuni presupune turnarea prin injectie. Cu alte cuvinte o rasina, cum ar fi polipropilena, combinata cu fibre de sticla scurte, se injecteaza intr-o forma de aluminiu ce corespunde geometriei palei. Consideratiile referitoare la rezistenta si grosimea palelor produse prin aceasta metoda limiteaza lungimea lor la maxim 2 m. In cazul turbinelor mari, palele au dimensiuni mai mari, ceea ce implica viteze de rotatie mici, o rigidizare centrifugala mica, greutate relativa mare si oboseala cauzata de momentul de torsiune mare la baza palei. De fapt, momentul de torsiune la baza palei devine parametru important in proiectarea turbinelor eoliene mari. Pentru a minimiza greutatea palei, constructia tip pala solida pentru turbinele mici lasa loc palelor goale, extrem de usoare. Structura monococa (pala Gougeon) preia intreaga incarcare a palei in invelis. Cu toate ca au avantajul de a fi usoare, palele laminate din lemn nu se pot curba spatial. Aceasta impune o rotatie mare in zona bazei palei si variatii mari ale corzii pentru o eficienta aerodinamica crescuta. O alta metoda de design structural implica preluarea majoritatii solicitarilor de catre un gheson din materiale compozite sau a unui lonjeron de tip D iar restul solicitarilor fiind preluate de invelisul palei. Pentru turbine foarte mari (de ordinul megawattilor) sunt necesare noi metode de proiectare a palelor pentru a raspunde mai bine problemelor legate de oboseala si excitatiilor dinamice.

1.2.3.Materiale utilizate la constructia palelor

Palele turbinelor eoliene de ultima generatie s-au fabricat din otel, aluminiu si materiale compozite (fibre de sticla, fibre de carbon). Pentru o duritate si rigiditate date si pentru a micsora sarcinile inertiale si giroscopice care duc la oboseala palei, greutatea ei trebuie sa fie suficient de mica. Palele fabricate din otel sau aluminiu sufera de greutate mare si rezistenta la oboseala mica in comparatie cu cele fabricate din materiale compozite. Datorita acestor limitari, in ultimii 10 ani, aproape toate palele au fost realizate din materiale compozite; in special din fibra de sticla. Cu toate ca fibra de carbon are cel mai bun raport duritate/greutate, nu a fost folosita pe larg datorita costului mare, a incompatibilitatii sale cu fibra de sticla si a dificultatilor de manevrare. Sistemele de rasini cel mai des intilnite in materialele compozite au inclus poliester, vinil-ester si rasini epoxidice. Poliesterul si vinil-esterul au fost cel mai des folosite datorita pretului lor redus, dar din ce in ce mai multi producatori trec pe rasini epoxidice pentru a atinge valori cit mai bune ale materialelor. Rasinile epoxidice previn contractiile, nu devin casante o data cu trecerea timpului si confera o rezistenta cit mai buna la oboseala.

1.2.4. Metode de fabricatie a palelor

Ca si in cazul palelor de elicopter, din care dealtfel a derivat si tehnologia de fabricatie a palelor elicilor eoliene, s-au elaborat mai multe tipuri de metode de fabricatie, care variaza in functie de materialele utilizate la constructie, de structura de rezistenta a palei, de regimurile de functionare la care este supusa elicea, de marimea si forma rotorului, etc. Datorita faptului ca in ultimii aproximativ 20 de ani , pentru eliciile eoliene de mici dimensiuni ca si pentru cele de mari dimensiuni, materialele compozite sau impus cu avantaje semnificative in raport cu metalele sau lemnul, in cele ce urmeaza vom prezenta cateva metode de fabricatie a palelor din materiale compozite.

Depunerea manuala Este metoda clasica de constructie-depunere a materialelor composite. Metode consta in depunerea manuala a mai multor straturi de fibra de sticla sau carbon preambibate cu rasina intr-o semimatrita profilata cu forma palei. Procesul, desi la vremea sa a constituit o revolutie in fabricatia palelor, prezinta numeroase dezavantaje printre care amintim: metoda face dificila obtinerea

unui raport optim fibra/rasina, greutatea palelor si distributia ei pe lungimea palei este greu de controlat ceea ce duce la mari probleme in timpul procesului de centraj al elicei, reproductibilitatea scazuta a palei datorita dificultatii de reproducere exacta a distributiei rasinii pe pala, etc.

Infasurare la cald a firelor pe model Provenita din construtia palelor de elicopter aceasta metoda are un cost de productie scazut. Tehnologia consta in depunerea automata prin infasurare a benzilor continue ,preambibate in rasina, de material compozit, sub un anumit unghi in jurul unei monturi. Este utilizata la producerea fie a unui lonjeron (lonjeroane tubulare sau de tip D) fie a formei exterioare a palei. Dezavantajul metodei consta in faptul ca suprafetele concave ale palelor, ce rezulta din forma profilului sau rotatia palei, nu pot fi obtinute astfel. De asemenea, prin aceasta metoda rezulta o suprafata cu rugozitati mari ceea ce nu este compatibil cu caracteristicile de performanta aerodinamica ale profilului. De aceea, aceasta metoda se foloseste cel mai bine la producerea lojeroanelor care se folosesc ulterior in cadrul unei pale.

Stratificare fibrelor Fibrele de sticla sunt trase una peste cealalta, trecute printr-o baie incalzita de rasini si apoi trase printr-o anumita forma rezutind produsul finit. Procesul este similar extrudarii. Principalul avantaj al acestei metode este reducerea costurilor de fabricatie cu pina la 50%. Dezavantajul metodei este ca nu se pot produce pale cu variatii ale corzii sau pale invirtite, ceea ce duce la o scadere a eficientei aerodinamice cu pina la 12%. Pentru acreste rezistenta la incovoiere a palei si a eficientei aerodinamice, se adauga la baza palei unde momentul de incovoiere este maxim dubluri externe.

Turnare prin transfer Prin aceasta metoda straturile de fibra de sticla sunt puse in matrita uscate. O membrana etansa se aplica pe intreg perimetrul matritei. Apoi este introdusa o rasina catalizata intre fibra si membrana prin presiune, vacuum sau o combinatie intre cele doua. Se reduce astfel manopera si costul rasinilor, creste calitatea si corespunde normelor de poluare. Aceste avantaje desemneaza aceasta metoda ca fiind cea mai buna in cazul productiei de pale de turbine eoliene de mari dimensiuni.

Capitolul 2

TEORIA ELICEI

2.1. Caracteristici geometrice ale elicelor

Elicea este un mecanism cu numar de pale identice, dispuse radial, care se roteste in jurul axei sale avind concomitent si o miscare relativa de translatie fata de mediul ambiant. Ea este deci un dispozitiv de conversie a energiei mecanice a unei miscari de rotatie sau translatie in energie mecanica a altei miscari de translatie, respectiv rotatie. In cazul turbinelor eoliene conversia este inversa fata de avion sau elicopter; miscarea de translatie a aerului produce miscarea de rotatie a unui ax. Caracteristicile geometrice ale elicei sunt: diametrul si forma butucului, numarul de pale si caracteristicile geometrice ale palei. Acestea sunt: latimea maxima a palei cmax care determina tipul palei (inguste, mijlocii, late), parametrul de soliditate definit ca raportul dintre suprafata formei plane a palelor si suprafata discului circular descris de pale in rotatia lor, rasucirea specifica a palei definita ca raportul dintre unghiul total de rasucire si raza palei, pasul relativ sau pasul geometric relativ care este un parametru de catalog util numai pentru definirea elicelor care apartin unei serii. Axa de rotatie a butucului este axa elicei. Axa palei este o dreapta de referinta solidara cu pala care intersecteaza axa elicei in centrul elicei. In general, este suficient sa definim pentru o elice numai numarul de pale, diametrul, parametrul de soliditate si pasul geometric relativ.

2.2. Principiul de functionare aerodinamica a elicei

Principiul de functionare al elicei eoliene este acelasi cu al elicei propulsive, cu urmatoarele deosebiri: elicea eoliana este fixa, in timp ce elicea propulsiva se misca in curentul de aer;

elicea propulsiva produce o forta de tractiune, in timp ce la elicea eoliana curentul de aer (cu viteza V) ataca elicea pe intrados. Palele elicei, suportul pe care sunt asezate si axul care transmite miscarea palelor constituie rotorul unui generator de curent electric sau al unei pompe de irigat. Fiecare pala are mai multe profile dispuse intr-un anumit mod fata de virful palei, astfel ca acestea executa doua feluri de miscari: - una de rotatie uniforma cu viteza unghiulara ; - una de translatie dirijata aproximativ dupa axul elicei (cu viteza U) Viteza miscarii rezultante, compusa din aceste doua miscari, este viteza W a profilului fata de curentul de aer (profilul considerat in repaos fata de curentul de aer). In czul elicei eoliene, curentul incident are un moment si o forta T, ca urmare a reactiei curentului de aer aflat in miscare pa pala elicei. T este o proiectie pe directia de deplasare a curentului, deoarece profilul este atacat pe intrados, in acest caz elicea lucrind in regim aeromotor (T0).Momentul M este produs de componentele fortelor aerodinamice (F) normale pe directia de deplasare (tangenta la traiectoria eoliana) a elementului de pala considerat. Fortele de portanta si de rezistenta la inaintare se reduc la axul elicei formind forta de tractiune si cuplul la ax, ce reprezinta componentele axiale ale torsului fortelor de reactie care actioneaza asupra elicei. Asupra curentului de aer ce trece prin discul elicei se realizeaza o frinare si o dilatare a vinei de curent in spatele elicei. Tractiunea elicei se calculeaza prin scadera impulsului curentului de aer spre aval, momentul rezistent orientindu-se pe miscarea de rotatie imprimata curentului de aer. Aerul avind o presiune mai mare in fata discului, tinzind sa se egalizeze cu cea din spatele discului elicei (unde presiunea este mai mica datorita dilatarii tubului de curent al aerului), creaza miscarea masei de aer care strabate discul elicei si-l pune in miscare datorita pozitiei profilului palei. Un rol important in functionarea aerodinamica a elicei il au: pasul de deplasare (numit avans de rotatie) V/N; pasul de deplasare relativ (numit si avans relativ) =V/ND, N fiind turatia elicei (in rot/s). Astfel, intr-o sectiune dreapta, situata la distanta r de axul elicei, viteza rezultanta W dintre viteza de deplasare V si viteza de rotatie (2Nr = r) formeaza cu planul de rotatie unghiul o,dat de pasul de deplasare

=V/ND=(r/R) tgo

Aceasta relatie intre si este analoaga cu relatia dintre pasul geometric si relativ Nr/D si unghiul de asezare . Viteza W , numita si viteza aerodinamica, este viteza relativa a aerului fata de profil la infinit amonte si are incidenta fata de coarda, ca axa de referinta a profilului.

o= o arctg (V/2Nr)=f()

unde f() este incidenta geometrica. Teoria turbionara a elicei arata ca exista, ca si in cazul aripii de anvergura finita, viteza induse si corespunzatoare unei incidente efective alese si un pas aerodinamic (unghiul facut de viteza relativa a aerului cu planul de rotatie, in dreptul profilului) ales.

2.3. Regimul de functionare

Prin regim de functionare intelegem un domeniu de valori pentru cimponentele torsorului. Astfel, spunem ca elicea functioneaza in regim propulsiv (de impingere sau tractiune) cind (T>0, M